生物化學(xué)上冊(cè)精要

1、生 物 化 學(xué) 提 要 OUTLINE OF BIOCHEMISTRY第 1 章 糖 (Carbohydrates)11學(xué)習(xí)要點(diǎn)糖是所有含有醛基（半縮醛羥基）或酮基（半縮酮羥基）的多羥基化合物的總稱。單糖（monosaccharides）單糖的結(jié)構(gòu)特征單糖是有機(jī)小分子，碳架、構(gòu)型、構(gòu)像、功能基團(tuán)等都是在學(xué)習(xí)單糖時(shí)應(yīng)注意的結(jié)構(gòu)要素。其中，構(gòu)型上的異構(gòu)或/和構(gòu)像上的異構(gòu)可以引起異構(gòu)體間化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)功能的顯著差異甚至改變，因此確定分子的構(gòu)型或構(gòu)像是非常重要的。單糖的旋光異構(gòu)旋光性物質(zhì)具有的使經(jīng)過的偏振光旋轉(zhuǎn)一定角度的能力。兩個(gè)旋光符號(hào)+、-，各表示右旋和左旋。旋光性發(fā)生的原因是分子的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，

2、如存在不對(duì)稱碳原子（手性碳原子）。旋光異構(gòu)體分子的化學(xué)組成相同但旋光性不同，彼此為旋光異構(gòu)體。含有一個(gè)手性碳原子的甘油醛或乳酸存在D型（右旋）和L型（左旋），D型和L型甘油醛是對(duì)映體，即互為鏡像的旋光異構(gòu)體。含有n個(gè)手性碳原子的分子其旋光異構(gòu)體的數(shù)目理論上可以達(dá)到2n個(gè)。D型糖和L型糖通過和甘油醛比較可以確定其他含有手性碳原子的分子的相對(duì)構(gòu)型。用D和L表示兩種旋光異構(gòu)構(gòu)型，故相對(duì)構(gòu)型與旋光符號(hào)無(wú)關(guān)。可以根據(jù)遠(yuǎn)離羰基的不對(duì)稱碳原子，即第4個(gè)不對(duì)稱C原子的-OH排布方向?qū)翁欠譃镈型糖和L型糖。天然葡萄糖是D型。自然界已知的單糖基本上都是D型。己糖有多少旋光異構(gòu)體？理論上鏈?zhǔn)郊喝┨菓?yīng)該有24 =1

3、6種旋光異構(gòu)體。由于在水溶液中可以形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)（例如吡喃葡萄糖），使羰基C原子成為不對(duì)稱C原子，因而旋光異構(gòu)體增加。（2）單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)溶液中的單糖和寡糖、多糖等中的單糖單位都是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。己糖因其含氧六元環(huán)稱為吡喃糖，戊糖因含氧五元環(huán)稱為呋喃糖。對(duì)單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)最先是通過研究葡萄糖的變旋現(xiàn)象獲得的。半縮醛羥基或半縮酮羥基（異頭體）環(huán)狀結(jié)構(gòu)中羰基C原子成為新的手性C原子，與其連接的羥基稱為半縮醛羥基或半縮酮羥基（異頭體）。依據(jù)異頭體與糖環(huán)平面的相對(duì)位置不同，用a（在平面下）和b（在平面上）區(qū)分異頭體構(gòu)型，因而有a-和b-吡喃糖，a-和b-呋喃糖之分。吡喃糖有兩種無(wú)張力構(gòu)像椅式構(gòu)像和船式構(gòu)像

4、。椅式比船式穩(wěn)定，這是因?yàn)樵诖街写嬖贑-C鍵的重疊和不相鄰原子間（C1-H和C4-H）的作用力。（3）單糖的主要功能團(tuán)：羰基（醛基和酮基）、羥基2 單糖的性質(zhì)（1）單糖的互變異構(gòu)在稀堿下，葡萄糖、果糖和甘露糖之間可以互變異構(gòu)。（2）葡萄糖的變旋現(xiàn)象：新鮮配制的葡萄糖溶液放置一段時(shí)間其旋光度發(fā)生改變。由+1120變?yōu)?52O。（3）單糖的主要功能團(tuán)的反應(yīng)性與單糖衍生物糖苷、氨基糖、糖酯、糖酸、糖醇、糖殺糖苷（glycoside）：?jiǎn)翁堑目s醛式化合物，單糖的醛基（半縮醛羥基）參與反應(yīng)，提供羥基的分子稱為配糖體糖酯：?jiǎn)翁堑牧u基或半縮醛羥基的酯化產(chǎn)物。自然界中的糖酯通常是磷酸酯或硫酸酯。糖酸：?jiǎn)翁堑?/p>

5、羥基或半縮醛羥基被氧化為羧基的產(chǎn)物。如糖二酸、糖醛酸糖醇：?jiǎn)翁堑娜┗贿€原為羥基的產(chǎn)物氨基糖（糖胺）：?jiǎn)翁堑牧u基被氨基取代的產(chǎn)物。某些氨基還可進(jìn)一步被乙酰化。3單糖的生物學(xué)功能細(xì)胞的燃料分子。例如葡萄糖是所有細(xì)胞都能利用的燃料分子（見糖代謝）。寡糖和多糖等的構(gòu)件分子。非糖生物分子的碳架來源（見有關(guān)物質(zhì)代謝）。某些重要的單糖及其衍生物如D-葡萄糖（Glu）、D-半乳糖（Gal）、D-甘露糖（Man）、D-果糖（Fru）、唾液酸（sailic acid）或N-乙酰-D-神經(jīng)氨酸（NeuNAC）112 二糖、寡糖和多糖 oligasaccharides and polysaccharides1.二糖

6、、寡糖和多糖的結(jié)構(gòu)特征糖苷鍵（glycosidic bond）：二糖、寡糖和多糖中單糖單位之間的連鍵，由一單糖的半縮醛羥基與另一單糖單位的羥基縮合而成。其形式如C1O C1，2，3，4，6 ，如C1O C1簡(jiǎn)要表示為（1®1）。根據(jù)異頭體的構(gòu)型可以分為a-糖苷，如蔗糖 a-Glc（1® 2）-a- Fru，麥芽糖 a-Glc（1®4）Glc，海藻糖 a-Glc（ 1® 1）Glcb-糖苷，如乳糖 b-Gal（ 1 ® 4）-a-Glc，纖維二糖b-Glc（1® 4）Glc（2）單糖單位的數(shù)目和種類寡糖一般含3-10單糖單位，多糖由于所

7、含的單糖單位數(shù)目不確定，往往沒有確定的分子量。組成上多糖一般不具有復(fù)雜性，即構(gòu)成多糖的單糖單位種類很少。按照復(fù)雜程度將多糖分為均一多糖(homopolysaccharides)和不均一多糖(heteropolysaccharides)2. 二糖、寡糖和多糖的生物學(xué)功能儲(chǔ)存能量。凡能為生物提供單糖作為燃料分子的糖都可以作為生物的能源，例如淀粉、糖原，它們也被稱為儲(chǔ)藏多糖(stored polysaccharides) （見糖代謝） 結(jié)構(gòu)成分。如纖維素、幾丁質(zhì)分別是植物/真菌/節(jié)肢動(dòng)物等細(xì)胞壁或外骨骼成分，糖胺聚糖(glycosaminoglycans)和蛋白聚糖(proteoglycans)是動(dòng)

8、物細(xì)胞間質(zhì)成分，肽聚糖（peptideglycan）是細(xì)菌細(xì)胞壁成分，它們統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)多糖(struvtural polysaccharides) 3糖的生物合成（見糖代謝） 糖蛋白Glycoproteins一類由糖類同多肽或蛋白質(zhì)以共價(jià)鍵連接而成的結(jié)合蛋白。糖在其中的含量從1%到70%左右。作為分泌蛋白，如粘液糖蛋白(mucous glycoproteins) 、血清糖蛋白(serum glycoproteins)或膜蛋白，如血型物質(zhì)、載體、受體等1. 糖蛋白中的糖的結(jié)構(gòu)特征糖與氨基酸的連接也稱為糖苷鍵，根據(jù)連接氨基酸殘基的側(cè)鏈不同分為兩類：?jiǎn)翁堑陌肟s醛羥基與絲氨酸/蘇氨酸殘基的羥基縮合而成。

9、其形式如（糖）C1O C（肽）。單糖的半縮醛羥基與天冬酰胺或賴氨酸的氨基縮合而成。其形式如（糖）C1N C（肽）。單糖單位之間的連接：多種類型糖苷鍵單糖單位：多樣，常見的如Glc 、Gal、Man、木糖（Xyl）、巖藻糖（Fuc）、GlcNAc、GalNAc、GlcuA、艾杜糖（IduA）、SA某些糖蛋白中的糖鏈結(jié)構(gòu)人免疫球蛋白IgG的糖鏈部分：Man-Man-Man-GlcNAc-GlcNAc 天冬酰胺殘基人紅細(xì)胞血型物質(zhì)主要糖鏈部分： Gal -GalNAc®絲氨酸（蘇氨酸）殘基 ­ ­ SA SA 2糖蛋白中的糖的生物學(xué)功能：信息分子，參與分子識(shí)別和細(xì)胞識(shí)別

10、。決定分子半衰期，例如Aschwell的早期實(shí)驗(yàn)：血漿銅蘭蛋白除去唾液酸，露出半乳糖后，加速被從血漿中清除。肝細(xì)胞上有去唾液酸蛋白質(zhì)的受體。 作為遺傳標(biāo)志作為抗原決定簇為新合成的蛋白質(zhì)提供“郵遞”信息。在蛋白質(zhì)加工和運(yùn)輸中參與形成中間體結(jié)構(gòu)作用提供粘滯性和彈性，形成電荷和水化層，使蛋白質(zhì)具有潤(rùn)滑和保護(hù)作用。穩(wěn)定：抗變性、掩蔽和保護(hù)蛋白質(zhì)敏感位點(diǎn)，抗凍錨著：如GPI（糖基化磷脂酰肌醇）連接將蛋白質(zhì)固定在細(xì)胞膜外表面。3糖蛋白的糖基化（見蛋白質(zhì)生物合成）蛋白質(zhì)糖基化發(fā)生在高爾基體中，由具有高度專一性的糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷酶催化，需要糖基載體114 糖的分析旋光性：a D °C=旋光度/管長(zhǎng)（

11、分米）* 濃度（g/ml ） 光吸收：A=e * L * C ，式中： A=光吸收（即A=logI0/I）， e =克分子消光系數(shù)，L=比色杯直徑，C=克分子濃度第2章 脂類(Lipids)2.1 學(xué)習(xí)要點(diǎn)脂類是一切不溶于水, 溶于弱極性或非極性有機(jī)溶劑的生物分子的總稱。 脂肪酸Fatty Acids脂肪酸的結(jié)構(gòu)特征與性質(zhì)長(zhǎng)鏈：烴鏈鏈長(zhǎng)為4-36碳的羧酸。雙鍵：根據(jù)有無(wú)雙鍵分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。雙鍵易于氧化和過氧化附：脂肪酸的簡(jiǎn)寫：D 編號(hào)系統(tǒng)：從羧基端開始編號(hào)，D表示雙鍵位置，硬脂酸記為C18 : 0，油酸記為C18: D 9 ，有時(shí)C可以省略，即18: D 9。w編號(hào)系統(tǒng)：從甲基端

12、開始編號(hào)， w表示雙鍵位置，如亞油酸記為C18：w6，9， 依第一雙鍵出現(xiàn)位置，將多不飽和脂肪酸分為w-3系、 w-6系、 w-7系， w-9系。(2) 天然脂肪酸一般結(jié)構(gòu)特征在自然界中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100多種脂肪酸。它們主要在鏈長(zhǎng)和飽和度上有差別。多為偶數(shù)、14C-22C單不飽和脂肪酸的雙鍵位置一般在C9-C10之間。多不飽和脂肪酸的雙鍵位置在C9與末端甲基之間，雙鍵之間往往以亞甲基隔開。雙鍵基本上是順式構(gòu)型2脂肪酸的生物學(xué)功能作為生物燃料分子, 氧化產(chǎn)能（見脂代謝）生理活性物質(zhì)，如前列腺素（Prostaglandins，一類脂肪酸激素）和白三烯（Leucotrienes）、凝血惡烷（Thromb

13、oxanes）等20C化合物（作用機(jī)理見激素部分）花生四烯酸與二十碳化合物的關(guān)系（圖）3. 脂肪酸的生物合成（見脂代謝）必需脂肪酸營(yíng)養(yǎng)上必需由食物提供,生物體自身不能合成的脂肪酸為該種生物的必需脂肪酸。例如亞油酸（linoleic acid）和亞麻酸（lenoleinic）是人體的必需脂肪酸.212 ?；视王ィㄓ椭┲舅岬母视王?，依?；潭确譃槿８视?、二酰甘油和單酰甘油。1. 三酰甘油的結(jié)構(gòu)特征與性質(zhì)脂肪酸組成：（見前）天然三酰甘油中的組成脂肪酸的類別和數(shù)目可以有很大不同。酯鍵：酰基甘油酯的酯鍵對(duì)堿、酸和脂酶敏感，其中堿水解稱為皂化，因?yàn)樵撨^程中產(chǎn)生脂肪酸的金屬鹽。2. 三酰甘油的生物學(xué)

14、功能：(1)作為儲(chǔ)脂，是能量的高密度儲(chǔ)存形式。（脂肪的生物合成，脂肪的分解與脂肪酸氧化見脂的分解代謝）(2)隔熱、絕緣(3)保護(hù) 膜脂膜脂的結(jié)構(gòu)特征構(gòu)成膜的脂類分子都是極性脂，即具有親水的頭基團(tuán)（極性頭）和疏水的烴鏈（非極性尾）。（1）甘油磷脂的結(jié)構(gòu)： 脂肪酸甘油磷酸X，其中磷酸X稱為頭基團(tuán)頭基團(tuán)X的主要類型：膽堿、乙醇胺、絲氨酸、甘油、磷脂酰甘油和肌醇某些重要的甘油磷脂：磷脂酰膽堿（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）、磷脂酰絲氨酸 （2）鞘磷脂的結(jié)構(gòu)： 脂肪酸鞘氨醇（二氫鞘氨醇）磷酸X，其中脂肪酸鞘氨醇部分稱為神經(jīng)酰胺頭基團(tuán)X的主要類型：膽堿某些重要的鞘磷脂：神經(jīng)節(jié)苷脂（3）糖脂（鞘糖脂、甘油

15、糖脂）的結(jié)構(gòu)： 脂肪酸甘油（鞘氨醇）X鞘糖脂頭基團(tuán)X的主要類型：寡糖或多糖某些重要的鞘糖脂：神經(jīng)節(jié)苷脂（含有唾液酸的鞘糖脂）、半乳糖苷神經(jīng)酰胺、紅細(xì)胞糖苷脂 （4）膽固醇的結(jié)構(gòu)核心結(jié)構(gòu)：環(huán)戊烷多氫菲， 頭基團(tuán)：3-OH膽固醇不是典型的雙親分子，不形成微團(tuán)。其堅(jiān)硬的平面稠環(huán)結(jié)構(gòu)易于形成固態(tài)。膜脂在水中的行為膜脂分散在在水中時(shí)，疏水的烴鏈避開水分子，并聚集，；親水的極性頭與水分子結(jié)合，并分散。這兩種相反的力使膜脂分子自動(dòng)發(fā)生簇聚，產(chǎn)生了微團(tuán)（含疏水核心），或囊泡（雙分子層組成的閉合空心球狀結(jié)構(gòu)），或是位于空氣-水界面的單分子層（在很小部分雙親脂中發(fā)生）。烴鏈避開水而聚集的傾向稱為疏水效應(yīng)，由于水是

16、有序的氫鍵締合體系（低熵），與烴鏈靠近的水分子失去氫鍵而無(wú)序度增加（高熵），疏水效應(yīng)可以使水分子間恢復(fù)或增加氫鍵締合，因此疏水效應(yīng)也稱為熵驅(qū)動(dòng)。膜脂的生物學(xué)功能（見生物膜）結(jié)構(gòu)作用磷脂雙層構(gòu)成所有生物膜的基質(zhì)。作為分子錨幫助某些蛋白質(zhì)分子定位在膜上。生理活性膽固醇與極性脂混合，因其具有剛性結(jié)構(gòu)，能降低周圍脂的運(yùn)動(dòng)性，因而能調(diào)節(jié)生物膜的流動(dòng)性，糖脂作為信息分子參與細(xì)胞表面的分子識(shí)別，構(gòu)成某些細(xì)胞表面受體的識(shí)別位點(diǎn),如霍亂毒素的靶細(xì)胞受體是鞘糖脂（見細(xì)胞信號(hào)傳遞）在特殊的酶催化下產(chǎn)生的三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）等是重要的細(xì)胞信使（見細(xì)胞信號(hào)傳遞）4膜脂的生物合成（見脂代謝） 脂蛋白脂

17、與蛋白質(zhì)以非共價(jià)鍵結(jié)合形成脂蛋白1血漿脂蛋白根據(jù)梯度密度超速離心中的相對(duì)浮率，可以將血漿脂蛋白分為4大類：乳糜微粒（chylomicron，Chy）、極低密度脂蛋白(very low density lipoproteins，VlDL)、低密度脂蛋白(low density lipoproteins ，LDL)、高密度脂蛋白high density lipoproteins，HDL)血漿脂蛋白的結(jié)構(gòu)特征：脂質(zhì)核心模型 血漿脂蛋白中的脂：包括磷脂（PL）、膽固醇酯（CHL-E）、游離膽固醇（CHL）和三酰甘油(TG)。乳糜微粒和VLDL含大量的三酰甘油和膽固醇酯，其中三酰甘油含量分別為90和55

18、，LDL和HDL的磷脂含量相近，但比例不同。高密度脂蛋白25%-35%磷脂，其中磷脂酰膽堿占磷脂總量的75%，鞘磷脂占13，磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇和溶血磷脂酰膽堿均占12；低密度脂蛋白22磷脂，其中磷脂酰膽堿占65，鞘磷脂占25，其他磷脂占10。 血漿脂蛋白中的載脂蛋白：脂蛋白的表面電荷和在電場(chǎng)中的遷移行為等物理特性，主要與載脂蛋白的組成和含量有關(guān)。載脂蛋白大體分為 ApoA（I、II、III）ApoB、ApoC（I、II、III）ApoD、ApoE（ARP）血漿脂蛋白的主要生物學(xué)功能脂的運(yùn)輸載體：蛋白質(zhì)與脂質(zhì)結(jié)合可將脂質(zhì)從它們的吸收部位和合成部位運(yùn)送到儲(chǔ)存部位或其他關(guān)部位。參與生物膜的結(jié)構(gòu)

19、與功能2. 膜蛋白膜蛋白是定位在細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)。膜蛋白的結(jié)構(gòu)特征絕大多數(shù)膜整合蛋白的序列富含疏水性氨基酸，在脂雙層區(qū)的跨膜長(zhǎng)度達(dá)3nm，跨膜區(qū)傾向于形成a-螺旋或b-折疊，以獲得最大數(shù)量的鏈內(nèi)氫鍵。如果跨膜區(qū)的a-螺旋的殘基都是疏水的，它們與周圍脂的相互作用將加固a-螺旋。例如細(xì)菌視紫紅質(zhì)跨膜區(qū)的單肽鏈為7段a-螺旋，a-螺旋之間和周圍都是膜脂的烴鏈。與鄰近膜蛋白聯(lián)合形成大的復(fù)合物（碎片“patch”） 如乙酰膽堿受體錨著到內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，防止在脂雙層中自由擴(kuò)散。例如紅細(xì)胞膜的血影蛋白glycophorin 和氯-二羧酸交換器（帶3蛋白）就被束縛在細(xì)胞骨架蛋白spectrin中。 （2）膜蛋白的

20、生物學(xué)功能：多樣，如作為受體、酶、載體等第 3 章 氨基酸和肽（amino acids and peptides）31 學(xué)習(xí)要點(diǎn)311 基本氨基酸（essential amino acids）構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸稱為基本氨基酸或標(biāo)準(zhǔn)氨基酸（standard amino acids）（表3-1）基本氨基酸的結(jié)構(gòu)特征基本氨基酸的結(jié)構(gòu)通式（圖3-）除甘氨酸外，其Ca均為L(zhǎng)-構(gòu)型。基本氨基酸彼此以R基區(qū)分，而且基本氨基酸的a-羧基和a-氨基參與蛋白質(zhì)的肽鍵的形成，所以對(duì)R基的分析是區(qū)分基本氨基酸的關(guān)鍵?；景被岬姆诸惏凑誖基的疏水性或親水性及其在pH7水溶液中的解離性質(zhì)將基本氨基酸分為4類：非極

21、性氨基酸：8種（丙、纈、亮、異亮、哺、苯丙、色、甲硫）；極性的R基不帶電荷的氨基酸：7種（甘、絲、蘇、半胱、酪、谷氨酰胺、天冬酰胺）；R基帶正電荷的氨基酸（堿性氨基酸）：3種（賴、精、組）；R基帶負(fù)電荷的氨基酸（酸性氨基酸）：2種（谷、天冬）基本氨基酸的性質(zhì)（1）旋光性（2）R基團(tuán)的光吸收性質(zhì)R基團(tuán)含有苯環(huán)的氨基酸（芳香氨基酸）在紫外區(qū)有特征性的光吸收。 酪氨酸苯丙氨酸色氨酸（3）R基團(tuán)的疏水性或親水性親水性氨基酸： Gly、Ser、Thr、Cys、Gln、Tyr、Asn、Lys、Arg、His、Glu、Asp疏水性氨基酸：Ile、Leu、Val、Trp、Phe、Met、Ala、Pro。R基的

22、親/疏水性影響氨基酸的溶解性分配定律和分配系數(shù)： 一定溫度下，一種溶質(zhì)在互不相溶的溶劑中的濃度正比于其在兩相中的溶解度 a=C1/C2基本氨基酸的可解離基團(tuán)與氨基酸的解離可解離基團(tuán)：a-氨基、a-羧基和可解離R基團(tuán)Handerson-Hassalbach公式： pH=pK+log質(zhì)子受體/質(zhì)子供體氨基酸的解離曲線丙氨酸的解離曲線氨基酸的等電點(diǎn)：使氨基酸兼性離子的凈電荷為零的環(huán)境pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，記為pI，此時(shí)氨基酸解離為正負(fù)離子的趨勢(shì)是相同的?；景被岬墓δ芑鶊F(tuán)與化學(xué)性質(zhì)氨基的反應(yīng)： FDNB反應(yīng)； PITC反應(yīng)； 熒光試劑反應(yīng)；茚三酮反應(yīng)羧基的反應(yīng)：酯化反應(yīng)R基的反應(yīng) 基本氨基酸的

23、生物學(xué)功能蛋白質(zhì)和肽的構(gòu)件分子（見蛋白質(zhì)生物合成）細(xì)胞的燃料分子（見氨基酸代謝）生理活性物質(zhì)：例如谷氨酸作為神經(jīng)遞質(zhì)作為前體轉(zhuǎn)化為為其他含氮物質(zhì)（見氨基酸代謝）基本氨基酸的生物合成（見氨基酸代謝）312 來自基本氨基酸的其他氨基酸1修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成后經(jīng)酶改變其側(cè)鏈形成的氨基酸，如4-羥哺氨酸、L-胱氨酸、g-羧基谷氨酸 、4-羥賴氨酸、5-羥哺氨酸、O-磷酸絲氨酸等 2氨基酸代謝中間物：由基本氨基酸轉(zhuǎn)化或降解產(chǎn)生的氨基酸。如L-鳥氨酸。 313 肽 肽是氨基酸彼此以肽鍵連接形成的線性聚合物肽的結(jié)構(gòu)特征肽鍵：肽中氨基酸單位（氨基酸殘基）間的連鍵，由一氨基酸的羧基與另一氨基酸的氨基脫水反應(yīng)而

24、成，表示為-CO-NH-。肽鍵中的C-N鍵長(zhǎng)為0.132nm，介于0.148nm（C-N）和0.127nm（C=N）之間，反式，鍵能為75kJ/mol。側(cè)鏈（R）：氨基酸殘基中未參與形成肽鍵的部分肽鏈的形狀：存在線形和環(huán)形，蛋白質(zhì)多肽為線形。2肽的性質(zhì)（1）肽的水解非特異水解：H+、OH-催化下的水解屬于非特異水解。例如 6N HCl ，110 作用12-24 h 可完全水解，即所有的肽鍵斷開，產(chǎn)生游離氨基酸。部分氨基酸可能被破壞。2NNaOH 的完全水解，可破壞絕大部分氨基酸。特異水解：在生理溫度和生理pH下，由蛋白酶或肽酶催化的水解，其特點(diǎn)是在特定部位使肽鍵斷裂，產(chǎn)生肽段混合物。tryps

25、in、Chyromotrypsin、Pepsin、Carboxypeptidase等的作用位點(diǎn)如圖3-肽的化學(xué)裂解：例如溴化氰處理，使甲硫氨酸生成高絲氨酸，并使肽鍵在此處斷開。肽的解離：寡肽的解離行為與端基團(tuán)和所有的可解離R基團(tuán)有關(guān)。雙縮脲反應(yīng)：存在兩個(gè)以上肽鍵的肽與Cu2+在堿性條件下的特征顏色反應(yīng)。3肽的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)成分，稱為蛋白質(zhì)多肽。所有的游離寡肽都是生理活性物質(zhì)，例如作為激素、抗生素、神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)、毒素等。314 氨基酸序列分析根據(jù)完全水解所獲得的氨基酸組成知識(shí)，按照一套預(yù)先設(shè)計(jì)好的策略，對(duì)多肽進(jìn)行部分水解、末端測(cè)定、短序列分離分析和完全水解等，可以解析出蛋白質(zhì)多肽鏈

26、的完整的氨基酸序列。這個(gè)工作稱為氨基酸序列分析。第4章 蛋 白 質(zhì)（protein）4.1學(xué)習(xí)要點(diǎn)由a一氨基酸以肽鍵（-CONH）連結(jié)成的多肽鏈可折疊成具有特定的空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。411 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征1蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分子量蛋白質(zhì)具有復(fù)雜的化學(xué)組成?；驹兀篊、H、O、N、S等，平均含氮量（16%）構(gòu)件分子：20種基本氨基酸。（2）蛋白質(zhì)是高分子量物質(zhì)。蛋白質(zhì)分子量范圍：56000106 107（dalton） 2 蛋白質(zhì)的序列指多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序，也稱為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。序列同源性：相關(guān)種屬的相同蛋白質(zhì)的序列間存在相似性，稱為序列同源性。具有序列同源性的蛋白質(zhì)稱

27、為同源蛋白質(zhì)，同源蛋白共有的相似序列稱為共義序列。據(jù)估計(jì)，蛋白質(zhì)以某個(gè)恒定的速率進(jìn)化，同源蛋白質(zhì)序列差異的程度與種系進(jìn)化過程中的歧化時(shí)間成正比。3蛋白質(zhì)的構(gòu)像指蛋白質(zhì)的所有原子在三維空間（x、y、z）的位置，即蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。由于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需要對(duì)蛋白質(zhì)的構(gòu)像作剖析描述。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(見蛋白質(zhì)的序列)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈的折疊方式。采取某種二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段其側(cè)鏈間一般不存在相互作用?？梢杂弥麈湹碾逆I平面和二面角f和j描述二級(jí)結(jié)構(gòu)。如果各相鄰氨基酸殘基采取相近或相等的二面角，可以獲得有規(guī)則重復(fù)構(gòu)像。已經(jīng)確定的有規(guī)則重復(fù)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是a-螺旋和b-折疊。二面

28、角f和j。其中f，繞Ca1C旋轉(zhuǎn)，0°±180°；j，繞NCa2旋轉(zhuǎn) ，0°±180°，規(guī)定與一個(gè)Ca相連的兩個(gè)肽鍵處在同一平面時(shí)（順式）的f= 0° 、 j =0°，由于引起側(cè)鏈原子間的碰撞，產(chǎn)生位阻，是不允許的構(gòu)像，拉氏構(gòu)像圖（Ramachandran Plot）展示了二面角f和j的組合與允許構(gòu)像（不存在位阻）或不允許構(gòu)像（存在位阻）間的關(guān)系。（圖：其中，暗影：所有氨基酸殘基都允許的；中等陰影：除Val、Ile外的氨基酸殘基；淺色：某些不穩(wěn)定的構(gòu)像）穩(wěn)定a-螺旋和b-折疊的因素是氫鍵和二面角。其中a-螺旋的所有

29、肽鍵參與形成鏈內(nèi)氫鍵，即任一肽鍵的C=O與其后第四個(gè)肽鍵的一NH間形成氫鍵； b-折疊的相鄰肽段主鏈上的所有一NH和C=O之間形成鏈間氫鍵。因此脯氨酸，種亞氨酸，形成的肽鍵不能作為氫鍵供體，是螺旋構(gòu)象最大破壞者。甘氨酸，側(cè)鏈基團(tuán)是H原子，由于不能象其他側(cè)鏈基團(tuán)那樣制約二面角（a-螺旋：f= -60° 、 j = -45 -50°），是螺旋的不穩(wěn)定因素。蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)p-螺旋：即膠原三股螺旋，存在于膠原蛋白，由三股左手螺旋的肽鏈組成的右手大螺旋，其氨基酸組成富含羥哺氨酸和甘氨酸。模體（motifs）： 指肽鏈折疊中形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合方式，有三種基本組合形式：aa、bab、

30、 bbb， 其中aa是兩股或三股右手a螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋（superhelix），重復(fù)距離14nm，見于a-角蛋白，肌球蛋白、原肌球蛋白(protomyosin)和纖維蛋白原（fibrinogen）等。最常見的bab組合由三段平行式的b鏈和二段a-螺旋鏈構(gòu)成，稱為Rossmann折疊。bbb有兩種樣式：b曲折和回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（希臘鑰匙）。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈的折疊。對(duì)于球蛋白而言，一個(gè)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)可以看作是該蛋白質(zhì)的不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)部分在三維空間的折疊組合，它使本來在一級(jí)結(jié)構(gòu)上相距很遠(yuǎn)的氨基酸殘基聚集在一起，形成穩(wěn)定的構(gòu)像。結(jié)構(gòu)域（Domain）：廣泛見于球

31、蛋白，指蛋白質(zhì)構(gòu)像中折疊相對(duì)比較緊密的區(qū)域，如：甘油醛3磷酸脫氫酶的每個(gè)亞基都有兩個(gè)明顯的結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域之間在空間結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)結(jié)構(gòu)域均具備小的球蛋白的性質(zhì)。結(jié)構(gòu)域間的松散肽鏈一般稱為“鉸鏈區(qū)”。 結(jié)構(gòu)域作為蛋白質(zhì)的折疊單位、結(jié)構(gòu)單位、功能單位和遺傳單位結(jié)構(gòu)域的類型有全平行a螺旋式，平行或混合型b折疊片式，反平行b折疊片式，富含金屬或二硫鍵式。等 穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)像的作用力是氫鍵、范德華力、疏水作用、離子鍵、二硫鍵氫鍵：內(nèi)部氫鍵供體如Ser和Thr 的羥基，氫鍵受體如Gln和Asn的羰基氧。范德華力：比離子鍵和氫鍵都弱的分子間非專一性的相互作用。它是由極性分子的永久偶極和非極性分子中因原子運(yùn)

32、動(dòng)的電子不對(duì)稱性而產(chǎn)生的瞬時(shí)偶極以及這兩種偶極誘導(dǎo)產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極之間的相互作用。其中，極性基團(tuán)之間偶極間的作用力為取向力，極性集團(tuán)和誘導(dǎo)偶極間的作用力為誘導(dǎo)力，瞬間偶極間的相互作用為色散力。 疏水作用：非極性的疏水基團(tuán)間有一種自然的避開水相、互相聚集于分子內(nèi)部或非極性區(qū)的趨勢(shì)，其熱力學(xué)本質(zhì)是熵驅(qū)動(dòng)。鹽鍵（靜電作用）：蛋白質(zhì)中帶有相反電荷的側(cè)鏈間形成的鍵。F=QlQ2/eR2 F=作用力；Ql、Q2為電荷的電量；R為電荷間的距離；e為鹽鍵介電常數(shù)。二硫鍵（-S-S-）：蛋白質(zhì)分子中的2個(gè)半胱氨酸的巰基氧化形成的共價(jià)鍵。形成二硫鍵的半胱氨酸殘基的a碳原子間的距離為0.4nm-0.9nm。蛋白質(zhì)的四

33、級(jí)結(jié)構(gòu)指寡聚蛋白中各亞基的空間排布。寡聚蛋白是相同或不同的多肽鏈相互作用形成的蛋白質(zhì)，其每個(gè)多肽鏈稱為該蛋白質(zhì)的亞基?？臻g排布的幾何形狀，一般為球狀。穩(wěn)定蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力是肽鏈間的非共價(jià)鍵，主要是疏水作用，其次是氫鍵和鹽鍵。蛋白質(zhì)多肽鏈的折疊一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，即蛋白質(zhì)的氨基酸序列決定了蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)。Anfinsen實(shí)驗(yàn)用2-巰基乙醇把胰核糖核酸酶中的4對(duì)二硫鍵切斷，然后再加入8m01L尿素使肽鏈展開，失去活性。當(dāng)用透析方法去掉尿素和2巰基乙醇后，將酶氧化恢復(fù)二硫鍵，發(fā)現(xiàn)幾乎100得到了原來的酶活性。（2）蛋白質(zhì)折疊是熱力學(xué)有利的過程，即蛋白質(zhì)折疊朝向自由能最小的方向。因此肽鏈折疊

34、的本質(zhì)，可以簡(jiǎn)單地理解為將肽鏈中絕大多數(shù)的疏水殘基包裹到分子內(nèi)部，即疏水作用驅(qū)動(dòng)著蛋白質(zhì)折疊。（3）折疊不是一個(gè)完全隨機(jī)的過程。折疊悖論（folding paradox）：Levinthal悖論提出一個(gè)124氨基酸組成的核糖核酸酶有1050種可能的構(gòu)像，如果每10-13秒試一種構(gòu)像，全部試完要1030年。但是核糖核酸酶完成折疊的時(shí)間約為1min。（4）折疊中的輔助蛋白質(zhì)：順反異構(gòu)酶（cis-trans isomerase）；例如哺氨酸異構(gòu)酶和二硫鍵異構(gòu)酶分子伴侶（chaperonin）：例如大腸桿菌的GroEL-ES complex蛋白質(zhì)家族結(jié)構(gòu)相似或含有相似結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)可以歸為一個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)

35、構(gòu)家族。412 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能1肌紅蛋白和血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）血紅蛋白和肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的比較相同：血紅蛋白亞基與肌紅蛋白有相似的三級(jí)結(jié)構(gòu)（含八個(gè)a一螺旋片斷和鐵卟啉，F(xiàn)e(II)配位幾何相似），表明有相似的氧結(jié)合機(jī)理。不同：肌紅蛋白是單體蛋白，其氧結(jié)合曲線呈雙曲線特征，表明在低氧時(shí)對(duì)氧有高親和力，有利于從含氧量少的血液中吸取氧；血紅蛋白是寡聚蛋白（a2b2），氧合曲線呈S形特征，表明在低氧時(shí)（脫氧血紅蛋白）對(duì)氧有低親和力，在高氧時(shí)（氧合血紅蛋白）對(duì)氧有高親和力。血紅蛋白的S形氧合曲線也表明其亞基間有協(xié)同效應(yīng)。已知血紅蛋白中a 和b 之間具有最強(qiáng)烈和緊密的接觸，氧合期間血紅蛋白的

36、構(gòu)像變化，a/b 對(duì)旋轉(zhuǎn)并滑動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)b 靠近（達(dá)0.7nm），中央腔變窄。協(xié)同結(jié)合使血紅蛋白對(duì)組織與肺中氧氣濃度的細(xì)小差別更敏感，在肺或鰓中血紅蛋白幾乎全部被氧飽和；在組織毛細(xì)血管中氧幾乎全部釋放。這樣血紅蛋在O2濃度高的肺中結(jié)合氧氣，在氧氣濃度低的組織中釋放O2，從而極為有效地運(yùn)輸氧。 （2）血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)（Allosteric Effects ）蛋白質(zhì)亞基間的作用對(duì)其功能的影響別構(gòu)效應(yīng)：一個(gè)配基（ligand）與蛋白質(zhì)結(jié)合影響該蛋白質(zhì)的其余結(jié)合位點(diǎn)與其配基的親合性。配基泛指與蛋白質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)，與別構(gòu)部位結(jié)合，引起別構(gòu)效應(yīng)的配基稱為別構(gòu)效應(yīng)劑（allosteric effectors

37、 ）。別構(gòu)效應(yīng)劑與影響結(jié)合的配基可以相同，如血紅蛋白中氧的協(xié)同結(jié)合，也可以不同，如2，3-二磷酸甘油酸（BPG）對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響。降低血紅蛋白與氧結(jié)合的別構(gòu)效應(yīng)劑：H+ 、CO2和BPGH+對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響（波爾效應(yīng)Bohr effect ）高濃度的質(zhì)子促進(jìn)氧從氧合血紅蛋白上解離下來。機(jī)理：脫氧血紅蛋白某些質(zhì)子結(jié)合位點(diǎn)（如b146位的組氨酸）對(duì)質(zhì)子的親合性比起氧合狀態(tài)時(shí)更高，因此高濃度的質(zhì)子有利于血紅蛋白以脫氧形式存在。 CO2對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響： CO2與脫氧血紅蛋白中未解離的a氨基反應(yīng)，形成氨基甲酸，參與鹽鍵，穩(wěn)定脫氧血紅蛋白。BPG對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響：BPG帶多個(gè)負(fù)電

38、荷，能結(jié)合在脫氧血紅蛋白的中央腔（b鏈His143的正電荷有利于結(jié)合BPG。在胎兒血紅蛋白中該位置被Ser取代。），并降低血紅蛋白對(duì)氧的親和力。 （3）鐮刀型紅細(xì)胞貧血癥蛋白質(zhì)的氨基酸序列變化對(duì)其構(gòu)像和功能的影響正常血紅蛋白HbA和異常血紅蛋白HbS的氨基酸序列的不同：HbA的b6位的谷氨酸突變?yōu)镠bS的纈氨酸。 HbA和HbS的構(gòu)像的不同：b6-Glu位于HbA的表面，b6-Val使HbS分子自發(fā)聚合成線形超分子，產(chǎn)生纖維狀沉淀，壓迫紅細(xì)胞變形。2某些結(jié)構(gòu)蛋白的結(jié)構(gòu)與功能 相同的或不同的蛋白質(zhì)可借助非共價(jià)鍵逐步聚合成復(fù)雜的超分子結(jié)構(gòu)以執(zhí)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)等功能，該過程也稱為蛋白質(zhì)的裝配，聚合單位可

39、稱為原體。由相同原體進(jìn)行的聚合其方式有螺旋化螺旋、平移等，聚合產(chǎn)物隨聚合方式不同而有不同的對(duì)稱性，例如旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。和蛋白質(zhì)多肽鏈折疊一樣，蛋白質(zhì)裝配的驅(qū)動(dòng)力也是疏水作用。各種非共價(jià)鍵和二硫鍵使裝配的產(chǎn)物超分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。膠原蛋白 廣泛存在于動(dòng)物結(jié)締組織和細(xì)胞基質(zhì)中，哺乳動(dòng)物中最豐富的結(jié)構(gòu)蛋白（>1/4機(jī)體總蛋白）。膠原蛋白由3條肽鏈組成，富含哺氨酸和甘氨酸，并特殊地含有羥哺氨酸和羥賴氨酸，每個(gè)單獨(dú)肽鏈稱為前膠原。依據(jù)組成的肽鏈不同將膠原蛋白分為15個(gè)類型。膠原蛋白作為聚合單位（原膠原）進(jìn)一步聚合成膠原纖維。聚合方式是鄰近分子相互交錯(cuò)，縱向移位其長(zhǎng)度（67nm）的1/4。膠原纖維的肽鏈間存在共

40、價(jià)交聯(lián)。膠原的上述結(jié)構(gòu)使膠原抵抗高強(qiáng)度的張力。彈性蛋白 細(xì)胞基質(zhì)中另一種主要的結(jié)構(gòu)蛋白。存在于韌帶、大動(dòng)脈和肺組織中。富含非極性氨基酸，并特征地含有鎖鏈素一種賴氨酸衍生物（由三個(gè)醛賴氨酸與一個(gè)賴氨酸聚合的雜環(huán)化合物），從而能組織成高度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。彈性蛋白的這種結(jié)構(gòu)使彈性蛋白具有很高的彈性。角蛋白 構(gòu)成動(dòng)物皮膚與皮膚衍生物的蛋白質(zhì)，a角蛋白：具有典型的a螺旋構(gòu)像的角蛋白，以aa組合作為原體（原纖維，直徑2nm）聚合成微纖維（直徑8nm），并進(jìn)一步聚合。a螺旋構(gòu)像賦予蛋白質(zhì)以伸縮性，但大量的鏈間二硫鍵賦予a角蛋白以剛性。因此具有較少二硫鍵的毛發(fā)可以在濕熱條件下伸展為b構(gòu)像，而在冷卻干燥時(shí)自發(fā)恢

41、復(fù)為原狀。具有大量二硫鍵的蹄、爪、角、甲則質(zhì)地堅(jiān)硬，難于拉伸。b角蛋白：具有典型的b折疊構(gòu)像的蛋白質(zhì)。蠶絲和蛛絲的主要結(jié)構(gòu)蛋白絲心蛋白即是b角蛋白。絲心蛋白中，甘氨酸在反平行b折疊片平面一側(cè)，絲氨酸和丙氨酸在平面另一側(cè)，反平行b折疊片彼此按甘氨酸-甘氨酸，丙氨酸（絲氨酸）-丙氨酸（絲氨酸）平行堆積成多層結(jié)構(gòu)，鏈間以氫鍵維系，層間以范德華力維系，這種有序的結(jié)構(gòu)使絲纖維具有很高的抗張強(qiáng)度和柔軟的特性。3細(xì)胞骨架蛋白的結(jié)構(gòu)和功能 細(xì)胞骨架是存在于真核細(xì)胞中的蛋白質(zhì)絲的負(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其主要功能是維持和調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)，協(xié)助細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸。有3種蛋白質(zhì)絲微絲（7nm）、微管（25nm）和中等纖維（10

42、nm），構(gòu)成微絲的肌動(dòng)蛋白(actin) 廣泛分布于真核細(xì)胞中，是細(xì)胞含量最豐富的蛋白質(zhì)（1/10細(xì)胞總蛋白）。單體的肌動(dòng)蛋白是球蛋白，稱為G-肌動(dòng)蛋白（Mr=41 800），纖維狀肌動(dòng)蛋白聚合體稱為F-肌動(dòng)蛋白。構(gòu)成微管的微管蛋白（tubulin）有兩種高度同源的肽鏈a-微管蛋白和b-微管蛋白（Mr=50 000），由它們組成的異二聚體作為原體按螺旋化螺旋方式聚合成微管，如將異二聚體頭尾相連的桿狀聚合體稱為原絲，則每一個(gè)微管含有13個(gè)原絲。（1）肌肉收縮的分子動(dòng)力機(jī)制ATP與肌球蛋白頭結(jié)合，使之與肌動(dòng)蛋白解離；ATP水解時(shí)，肌球蛋白頭構(gòu)象發(fā)生了變化，ADP和Pi仍然與肌球蛋白頭相連；肌球蛋白

43、頭貼住肌動(dòng)蛋白絲，使Pi釋放；Pi的釋放促成了一次“動(dòng)力沖程”（“power stroke”），肌球蛋白的頭部構(gòu)象變化，肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白相對(duì)運(yùn)動(dòng)，過程中釋放ADP。由于與ATP水解偶聯(lián)，肌球蛋白頭部的構(gòu)象變化使肌球蛋白不斷地與一個(gè)肌動(dòng)蛋白亞基解離，又與另一個(gè)結(jié)合。這樣肌球蛋白就沿著細(xì)絲滑動(dòng)。（2）動(dòng)蛋白（kinesins）和動(dòng)力蛋白（dyneins）的快運(yùn)輸機(jī)制它們都是馬達(dá)蛋白（motor proteins），是由ATP驅(qū)動(dòng)的分子引擎，可以和細(xì)胞器或小泡聯(lián)接，拖動(dòng)它們沿著微管軌道以1um/s的速度移動(dòng)。它們提供微管裝配需要的力。Kinesin向著微管加長(zhǎng)方向運(yùn)動(dòng)，dynein向著微管縮短方向

44、運(yùn)動(dòng)。兩類馬達(dá)蛋白都有多種形式。每一種只運(yùn)載一種不同的“貨物”。4蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)變性在高溫、去污劑、高濃度水溶性有機(jī)溶劑包括脲、胍和還原劑等條件下，蛋白質(zhì)中某些次級(jí)鍵甚至二硫鍵被打斷或重排，造成蛋白質(zhì)構(gòu)象上的變化，使其功能活性喪失的現(xiàn)象。常見的物理、化學(xué)性質(zhì)變化包括：1）化學(xué)基團(tuán)的暴露，原來埋藏在內(nèi)部的基團(tuán)向外暴露，而成為化學(xué)可親性基團(tuán)。2）物化性質(zhì)的改變，表現(xiàn)為結(jié)晶能力的喪失；溶解度的降低；分子形狀的變化，不對(duì)稱性增高；相應(yīng)粘度增加，擴(kuò)散系數(shù)降低；分子大小的改變。3）對(duì)蛋白酶水解感受性的增加，蛋白質(zhì)變性后，蛋白酶對(duì)其消化的速度，比天然蛋白質(zhì)快很多倍，因此，蛋白酶對(duì)天然蛋白質(zhì)消化過程

45、的第一步有可能就是變性反應(yīng)。變性蛋白質(zhì)分子恢復(fù)到天然構(gòu)象的過程叫復(fù)性。413 蛋白質(zhì)的分離、純化與鑒定主要針對(duì)可溶性天然球蛋白1蛋白質(zhì)的性質(zhì)（1）酸堿性 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)：使蛋白質(zhì)的凈電荷為零的pH。影響pI的因素：其他離子。（2）溶解度保持蛋白質(zhì)溶解的因素：分子表面電荷和水化層引起的分子間斥力。其中由蛋白質(zhì)表面帶電荷基團(tuán)吸引水溶液中的反離子產(chǎn)生雙電層，由表面極性基團(tuán)與水形成氫鍵產(chǎn)生水化層影響溶解度的因素：中性鹽、有機(jī)溶劑鹽析：大量中性鹽使蛋白質(zhì)從溶液中析出的現(xiàn)象。 （3）分子量 2可溶性蛋白質(zhì)分離純化的一般原理根據(jù)分子量：如沉降速度法離心根據(jù)密度：沉降平衡法離心根據(jù)電荷和分子量：電泳。帶電荷的

46、蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)稱為電泳。常用的電泳支持物是濾紙或聚丙烯酰胺凝膠，聚丙烯酰胺凝膠兼有分子篩效應(yīng)，因此聚丙烯酰胺凝膠電泳也可以用于蛋白質(zhì)的分子量測(cè)定。根據(jù)分子量和分子形狀：凝膠過濾。常用的凝膠類型是葡聚糖，商品名為Sephadex，蛋白質(zhì)依據(jù)大小不同，或不能擴(kuò)散進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，而被排阻洗脫下來，或擴(kuò)散進(jìn)入不同孔隙的凝膠顆粒內(nèi)，隨洗脫體積增加而依次被洗脫下來。根據(jù)溶解度選擇性溶解或沉淀：硫酸銨分級(jí)沉淀、有機(jī)溶劑分級(jí)沉淀根據(jù)電荷選擇性溶解或沉淀：等電點(diǎn)沉淀3蛋白質(zhì)的鑒定蛋白質(zhì)的序列測(cè)定（見第三章）蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量（Mr）測(cè)定蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量的表示：Mr，沒有單位，代表相當(dāng)于12C的原子質(zhì)量的1

47、/12的質(zhì)量單位；Da（dalton）或kDa，1Da相當(dāng)于12C的原子質(zhì)量的1/12，即1.66×10-24g測(cè)定蛋白質(zhì)分子量的方法：根據(jù)化學(xué)組成計(jì)算；滲透壓法；擴(kuò)散系數(shù)法；沉降速度法；沉降平衡法；凝膠過濾法；SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法蛋白質(zhì)的構(gòu)像測(cè)定 X線衍射法： X線衍射法是測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的極其重要而有效的方法。當(dāng)單色的X線射到晶體上時(shí)，晶體各原子的電子在射線作用下強(qiáng)迫振動(dòng)，產(chǎn)生次波。次波的波長(zhǎng)與入射波長(zhǎng)相同，向四周發(fā)射，這些次波照射到某一個(gè)幕上的時(shí)候，根據(jù)幕與各原子的距離及X光波長(zhǎng)的不同，在幕上出現(xiàn)明暗相問的干涉光圖樣，這就是X線衍射圖。 X線衍射分析需要單晶制品。結(jié)晶的

48、蛋白質(zhì)具有結(jié)構(gòu)均一性，是高純度的。 核磁共振(NMR)：有自旋的原子核(如：H，C等)在外加磁場(chǎng)中，具有等距離的核磁能級(jí)共21+1個(gè)(其中1個(gè)代表原子核的自旋量子數(shù))；相鄰兩能級(jí)之間的能量之差都是Ao。如果有量子能量(hy)等于Ao的電磁波通過時(shí)，原子核便吸收電磁波的能量(hy)， 由低能級(jí)躍遷到相鄰的高能級(jí)上。這種吸收叫共振吸收，即核磁共振。 二維核磁共振(2DNMR)是測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)等生物大分子三維結(jié)構(gòu)的唯一方法。它可以確切地測(cè)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的種類，段數(shù)和位置。此法很準(zhǔn)確，但測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，分析復(fù)雜，樣品用量較大。根據(jù)氨基酸序列預(yù)測(cè)，例如統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 ：統(tǒng)計(jì)出各殘基或二肽、三肢片段在有序結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)

49、的頻率，用以計(jì)算預(yù)測(cè)其形成二級(jí)結(jié)構(gòu)的可能性 414 蛋白質(zhì)組學(xué)以細(xì)胞或組織的全部蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)組）或與一個(gè)特定的生物學(xué)機(jī)制相關(guān)的全部蛋白質(zhì)（功能蛋白質(zhì)組）的變化規(guī)律為基礎(chǔ)研究生命現(xiàn)象的學(xué)科稱為蛋白質(zhì)組學(xué)。目前蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要是蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)和比較蛋白質(zhì)組學(xué)。用蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究蛋白質(zhì)折疊（Houry，1999年11月Nature）。獲得所有與GroEL結(jié)合的肽鏈（免疫共沉淀）分離與GroEL結(jié)合的肽鏈（二維電泳）肽鏈結(jié)構(gòu)分析（50種）數(shù)據(jù)庫(kù)比較結(jié)論：大腸桿菌近2500條新生多肽鏈只有近300種需要分子伴侶GroEL。這些蛋白質(zhì)能與GroEL相互作用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征是？用蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究

50、酵母核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)（Rout）鑒定完整的酵母核孔復(fù)合體所有能檢測(cè)到的多肽對(duì)全部多肽定位并定量（免疫電鏡）構(gòu)造酵母核孔復(fù)合體用蛋白質(zhì)組學(xué)研究線蟲生殖器發(fā)育（Walhout）（根據(jù)兩個(gè)蛋白質(zhì)相互作用，那么它們一般參與相同或相關(guān)的細(xì)胞活動(dòng)）用27個(gè)與線蟲發(fā)育的蛋白質(zhì)構(gòu)造酵母雙雜交系統(tǒng)建立與線蟲生殖發(fā)育相關(guān)的蛋白質(zhì)相互作用圖譜研究酵母近6000個(gè)蛋白質(zhì)之間相互作用（Nature，2002）列陣篩選法（array screening）：6000個(gè)不同的酵母單克隆排列在微滴定板上，雜交，通過報(bào)道基因的表達(dá)鑒定存在相互作用的蛋白質(zhì)。效果好。文庫(kù)篩選法。構(gòu)成文庫(kù)（含6000個(gè)不同的酵母cDNA），雜交，篩選

51、鑒定陽(yáng)性克隆。通量大。 酶 (Enzyme) 51 學(xué)習(xí)提要酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的物質(zhì)。生物化學(xué)反應(yīng)基本上都是酶催化的。絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)。1982年，Cech發(fā)現(xiàn)rRNA催化RNA水解，出現(xiàn)“Ribozyme”（核酶）名詞。和無(wú)機(jī)催化劑相比，酶催化具有易失活、高效和有選擇性（專一性）等特點(diǎn)。 酶的表征1酶的分類與命名所有的酶都可以按照其催化的反應(yīng)來表征，這正是國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）的酶學(xué)委員會(huì)制定的酶分類系統(tǒng)命名的依據(jù)。因此每一個(gè)酶都有習(xí)慣名稱、系統(tǒng)名稱和系統(tǒng)編號(hào)（EC編號(hào)）。系統(tǒng)編號(hào)的第一個(gè)數(shù)字表示酶屬于六大類中的某類（表5-1 酶的主要分類）。表5-1 酶的主要

52、分類類別名稱催化反應(yīng)反應(yīng)通式1氧化還原酶類氧化還原反應(yīng)A2H + B « A + B2H2轉(zhuǎn)移酶類功能基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)AB + C « A + BC3水解酶類水解反應(yīng)AB + HOH « AOH + BH4裂合酶類 × 從底物上移去一個(gè)基團(tuán)留下雙鍵的反應(yīng)ABC « A=B + C5異構(gòu)酶類同分異構(gòu)體間的互變反應(yīng)A « B6合成酶類一切必須與ATP分解相偶聯(lián)，并由兩種物質(zhì)合成為一種物質(zhì)的反應(yīng)X + Y + ATP « XY + ADP + Pi2酶的活力 酶的活力，即酶催化反應(yīng)的能力可以用酶催化的反應(yīng)的初速度來表征。用酶的活力單

53、位計(jì)量酶的活力時(shí)，酶的活力單位定義為給定條件下酶催化的反應(yīng)達(dá)到某速度水平所需的酶量。如果沒有特殊規(guī)定，建議采用國(guó)際單位（IU），一個(gè)國(guó)際單位定義為最適條件下（25°C，最適pH）每分鐘催化1umol/L底物發(fā)生轉(zhuǎn)變所需的酶量。3酶的純度酶作為催化劑可以用比活（specific activity）比較酶的純度。比活指每mg酶蛋白所有的總活力。 酶的結(jié)構(gòu)與功能的一般原則1酶的活性部位酶的活性部位指酶分子中直接與底物結(jié)合并催化底物反應(yīng)的部位，通常處于或靠近酶分子的表面，只占酶分子很小部分（），組成活性中心的幾個(gè)氨基酸殘基在空間結(jié)構(gòu)中是靠近的，但在一級(jí)結(jié)構(gòu)中可能相距很遠(yuǎn)，甚至位于不同的肽鏈上

54、。此外許多酶有非蛋白質(zhì)組分，它們位于或靠近于活性部位，參與結(jié)合底物或催化，這樣的組分被稱為輔酶或輔基，其中輔基特指與酶的蛋白質(zhì)部分以共價(jià)鍵結(jié)合的非蛋白質(zhì)組分（見）。2酶與底物的結(jié)合酶與底物的結(jié)合表現(xiàn)出專一性，酶的高度專一性是酶的重要特征。以下是關(guān)于酶的專一性的解釋（1）誘導(dǎo)楔合假說為了解釋酶能催化正反方向的反應(yīng)，年提出“誘導(dǎo)楔合”假說（ ），即當(dāng)酶分子與底物分子接近時(shí)，酶蛋白受底物分子誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生有利于底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)楔合進(jìn)行反應(yīng)。X-衍射和NMR方法已經(jīng)證明自由酶和結(jié)合了底物的酶的構(gòu)像是不同的。（2）過渡態(tài)穩(wěn)定說一般而言，酶與底物的最適相互作用只發(fā)生在過渡態(tài)，專一性

55、取決于酶結(jié)合的過渡態(tài)的穩(wěn)定性。（3）分子識(shí)別說酶的活性部位的底物結(jié)合基團(tuán)的特定排列決定了酶對(duì)底物的專一性。如果酶活性部位功能團(tuán)按最適原則與底物形成各種弱相互作用，那么酶顯然不能同其他底物作用。3酶的催化方式酶提高反應(yīng)速度的基本機(jī)制包括酶的活性部位結(jié)合底物后使底物產(chǎn)生鄰近、軌道定向、應(yīng)力等多種效應(yīng)，它們?cè)黾臃磻?yīng)物的有效碰撞，或者使受作用的化學(xué)鍵變形、削弱，或者使受作用的化學(xué)基團(tuán)增加反應(yīng)性，活性部位的催化基團(tuán)可能提供共價(jià)催化（如親核、親電）、酸堿催化、絡(luò)合催化等多種斷裂鍵的方式。最終結(jié)果是穩(wěn)定過渡態(tài)，使底物易于達(dá)到過渡態(tài)，降低反應(yīng)活化能。 鄰近效應(yīng)：由于酶與底物結(jié)合，導(dǎo)致底物和底物（如雙分子反應(yīng)）

56、之間靠近，而使有效濃度得以極大的升高，從而使反應(yīng)速度大大增加的一種效應(yīng)。定向效應(yīng)：指反應(yīng)物的反應(yīng)基團(tuán)之間和酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間的正確取位產(chǎn)生的效應(yīng)。應(yīng)力和形變：由于酶的結(jié)合，使底物分子內(nèi)敏感鍵的電子云密度改變，產(chǎn)生“電子張力”，導(dǎo)致分子形變的一種效應(yīng)。酸堿催化：指通過瞬時(shí)的向反應(yīng)物提供質(zhì)子或從反應(yīng)物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，加速反應(yīng)的一類催化機(jī)制。一個(gè)氨基酸側(cè)鏈作為酸堿催化劑的可能性依賴于其pKa和活性部位的環(huán)境pH。組氨酸咪唑基的解離常數(shù)約為.，因此在接近于生物體液的條件下，即在中性條件下，有一半以酸形式存在，另一半以堿形式存在，即可作為質(zhì)子供體，又可作為質(zhì)子受體在酶反應(yīng)中發(fā)揮催化作用。同時(shí)咪唑基接受質(zhì)子和供出質(zhì)子的速度十分迅速，其半衰期小于。由于咪唑基有如此特